1、聚合物材料的加工基礎(chǔ)，第2章：聚合物的熔化和溶解，第3章：聚合物的混合，第4章：聚合物流體的流變性能，第5章：聚合物加工中的物理和化學(xué)變化，第3章：聚合物的混合，第3章：聚合物的混合，例如：聚氯乙烯塑料成型，橡膠成型，添加劑(添加劑或復(fù)合劑):改善加工和服務(wù)性能，降低成本，問題：如何使多組分不均勻?qū)崿F(xiàn)這一關(guān)鍵環(huán)節(jié)是混合。第3章，聚合物的混合，3.1，混合的基本概念和機(jī)理，3.2，混合的分類，混合的表征，3.3，3.1混合的基本概念和機(jī)理?；旌鲜侵竿ㄟ^機(jī)械手段將兩種或兩種以上的材料均勻混合的操作，產(chǎn)品稱為混合物?；旌鲜且粋€(gè)操作和過程，3.1混合的基本概念和機(jī)理，將各種添加劑混合到聚合物基質(zhì)中，并

2、將它們分散到樹脂體系中的含量組分中。添加劑包括穩(wěn)定劑、潤滑劑、增塑劑等。聚合物樹脂用玻璃纖維、碳纖維和其他增強(qiáng)材料增強(qiáng)。均化單一聚合物熔體，或通過受控剪切流混合以獲得某些所需的流變性能。此外，還有一些小的技術(shù)過程，也可以稱為混合：聚合物溶液的增稠處理；造粒；移除系統(tǒng)中的殘留組件。在高分子材料工業(yè)中，混合作為材料制備過程中最重要的手段之一，也被包含在更廣泛的技術(shù)概念“共混”中。根據(jù)布羅基的混合理論，混合涉及擴(kuò)散的三種基本運(yùn)動(dòng)形式，即分子擴(kuò)散、渦旋擴(kuò)散和體積擴(kuò)散。3.1混合的基本概念和機(jī)理是由濃度梯度驅(qū)動(dòng)的自發(fā)過程，其中各組分的顆粒從濃度較高的區(qū)域遷移到濃度較低的區(qū)域，從而實(shí)現(xiàn)各組分的均質(zhì)化。分子

3、擴(kuò)散在氣體和低粘度液體中占主導(dǎo)地位。對于聚合物加工，熔體和熔體之間的分子擴(kuò)散沒有實(shí)際意義。然而，如果混合中涉及的組分之一是低分子物質(zhì)，例如抗氧化劑、發(fā)泡劑、顏料等。那么分子擴(kuò)散可能是一個(gè)相對重要的因素。3.1混合的基本概念和機(jī)理，分子擴(kuò)散，也稱為湍流擴(kuò)散，一般是通過在化學(xué)工業(yè)中產(chǎn)生湍流來實(shí)現(xiàn)的。在聚合物加工中，湍流擴(kuò)散不會(huì)發(fā)生，因?yàn)椴牧系囊苿?dòng)速度不能達(dá)到湍流。3.1混合的基本概念和機(jī)理，渦流擴(kuò)散，是指流體顆粒、液滴或固體顆粒從系統(tǒng)的一個(gè)空間向另一個(gè)空間的運(yùn)動(dòng)，或兩個(gè)或多個(gè)組分在彼此占據(jù)的空間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到每個(gè)組分的均勻性。在聚合物加工中，這種混合占主導(dǎo)地位。3.1混合的基本概念和機(jī)理，體積擴(kuò)

4、散(對流混合)，3.1混合的基本概念和機(jī)理，體積擴(kuò)散，體積對流混合(無變形)(可發(fā)生在固體材料或液體材料之間)層流對流混合(變形)(主要發(fā)生在液體材料之間)，混合的目的是制造兩種或兩種以上的原始材料。然而，在沒有分子擴(kuò)散和運(yùn)動(dòng)的情況下，為了實(shí)現(xiàn)所需的概率分布，混合問題變成了材料變形和再分布的問題，并且如果最終的材料顆粒沒有彼此隔離，則分散的顆?？赡芫哂芯奂内厔?。3.1混合的基本概念和機(jī)理，混合的基本要素，3.1混合的基本概念和機(jī)理，因此，混合需要外力(主要是剪切力)，它主要起兩種作用：(1)材料的變形和再分布；(2)克服顆粒的團(tuán)聚。3.1混合的基本概念和機(jī)理，剪切情況，A:材料在兩個(gè)平行板之

5、間由于板的平行運(yùn)動(dòng)而在材料內(nèi)部引起永久變形，B:“分裂剪切”當(dāng)用工具切割材料時(shí)，C:由上述兩種剪切組成，3.1混合的基本概念和機(jī)理，3.1混合的基本概念和機(jī)理，邊緣厚度H:指剪切變形后兩種流體之間的距離。如果將兩個(gè)流體交錯(cuò)層的體積視為V，則條紋厚度H與總邊界面積A之間的關(guān)系如下：從而得到條紋厚度的值。對于大剪切應(yīng)變，條紋厚度H與剪切應(yīng)變的關(guān)系如下：從上述公式可以看出，條紋厚度與剪切變形應(yīng)成反比，且剪切變形越大。3.1混合的基本概念和機(jī)理、3.1混合的基本概念和機(jī)理剪切后，材料變形并拉長，但體積不變，因此橫截面變薄，向傾斜方向拉長，表面積增加，滲入其他材料的可能性增加，從而達(dá)到均勻混合的目的。因

6、為塑料材料具有高粘度和差的流動(dòng)性，它們不能被壓碎以增加分散程度。當(dāng)施加剪切時(shí)，由于兩個(gè)剪切力之間的距離總是非常小，所以在變形過程中，材料可以均勻地分散在整個(gè)材料中。3.1混合的基本概念和機(jī)理，聚合物材料在擠出機(jī)中的混合過程主要是通過剪切作用來實(shí)現(xiàn)的，螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)螺桿槽和機(jī)筒之間的材料剪切作用可以假定是在兩塊無限長的平行板之間進(jìn)行的。剪切的混合效應(yīng)與剪切力的大小、作用力的作用距離和剪切力的方向有關(guān)。在雙輥磨機(jī)中混合時(shí)，采用機(jī)械或人工車削的方法不斷改變物料的受力位置，從而更快更好地完成混合。3.1混合的基本概念和機(jī)理，利用加工設(shè)備改變流體流道中的幾何空間，迫使物料在流道中不斷改變其方向和流量，即在流

7、體流道中設(shè)置突出的或隔板狀的剪切片，其中剪切片的數(shù)量為n，分流器的數(shù)量為n 1。如果用于分流的剪切機(jī)以串聯(lián)順序m串聯(lián)設(shè)置，分流數(shù)N為：N=(n 1)m，3.1混合的基本概念和機(jī)理，3.1混合的基本概念和機(jī)理，分流后，分流梁在流動(dòng)下游重新組合成原始狀態(tài)；循環(huán)流在每個(gè)分流器中產(chǎn)生，然后合并；在每個(gè)分流梁的相對位置交換(替換)之后，它們被合并。以上幾個(gè)過程一起工作。如果材料在剪切之前被壓縮，材料的密度將增加，因此剪切應(yīng)力將在剪切中起很大作用，剪切效率將提高。此外，當(dāng)材料被壓縮時(shí)，材料將在內(nèi)部流動(dòng)，導(dǎo)致由壓縮引起的流動(dòng)剪切。3.1混合的基本概念和機(jī)理，在單螺桿擠出機(jī)中，由于進(jìn)料段到計(jì)量段的螺旋槽深度又

8、深又淺，松散的固體物料被壓縮，這有利于固體的輸送、傳熱和熔融，也有利于物料的剪切。例3.1混合的基本概念和機(jī)理：這種由擠壓引起的流動(dòng)存在于密煉機(jī)、開煉機(jī)和擠出機(jī)中。拉伸可以使材料變形，減小材料層的厚度和堆積體積，增加界面并促進(jìn)混合。在熱運(yùn)動(dòng)和顆粒之間或混合設(shè)備壁之間相互吸引的作用下，破碎的分散相再次聚集在一起。對于分散的粒度和均勻的分布，它是混合的逆過程，但它絕不是初始狀態(tài)的恢復(fù)，而是混合過程的深化。3.1混合的基本概念和機(jī)制，3.1混合的基本概念和機(jī)制，1。根據(jù)混合形式，混合可分為非分散混合和分散混合，非分散混合和分散混合，3.2級混合，3.2級混合，非分散混合在聚合物加工中只占很小的比例。

9、例如，在聚氯乙烯的干法混合中，僅增加混合物中顆粒的分布均勻性而不減小顆粒的初始尺寸的過程稱為非分散混合。有時(shí)也稱為簡單混合。這種混合運(yùn)動(dòng)的基本形式是通過對流來實(shí)現(xiàn)的，這可以通過簡單的體積排列和位移來實(shí)現(xiàn)，包括栓塞流，并且不需要材料的連續(xù)變形。這是體積對流混合的一種形式。分散混合是指顆粒尺寸減小到極限值，相界面增加，混合物組分的均勻性提高的混合過程。在聚合物加工中，有時(shí)需要向聚合物中加入固體顆?；蚋骄鄄牧?附聚物)，有時(shí)需要將聚合物液滴(粘彈性狀態(tài))混合到聚合物熔體中。此時(shí)，混合需要少量組分聚集或液滴尺寸變小，并且液滴均勻分散在多種組分中。3.2混合的分類，3.2混合的分類，a:粉碎配合劑并塑化

10、聚合物，b:將粉狀和粒狀配合劑滲透到聚合物中，黃色聚合物，藍(lán)色和橙色任何粒狀和粉狀固體添加劑，c:分散，d:分布均勻化，3.2混合的分類，分散和混合期間主要機(jī)械現(xiàn)象和流變現(xiàn)象的示意圖，為了獲得大的剪切應(yīng)力，混合器的分散取決于混合器中的最大有效剪切速率和通過時(shí)間。剪切速率越高，通過次數(shù)越多，分散性越好。分散和混合主要受剪切應(yīng)力的影響。根據(jù)材料狀態(tài)分類，3.2混合、固體和固體(混合)的分類主要是固體聚合物和其他固體成分的混合聚合物，通常為粉狀、粒狀和片狀，而添加劑通常為粉狀。在聚合物加工中，在大多數(shù)情況下，這種混合先于熔融混合和模塑。這種混合通常是隨機(jī)分布的。塑料材料和液體或固體材料的混合物?；旌?/p>

11、有兩種：一種是混合所涉及的液體是低粘度單體、中間體或非聚合物添加劑；在另一種情況下，高粘度的聚合物熔體參與混合。這兩種情況的混合機(jī)理和動(dòng)力學(xué)是不同的。在聚合物加工中，熔體之間發(fā)生層流混合。3.2混合的分類，固體和液體(捏合)液體和粉狀固體的浸漬和混合有兩種形式：一種是液體添加劑和固體聚合物的混合，主要發(fā)生在制備階段，此時(shí)固體聚合物在混合中不會(huì)熔化。另一種是將固體添加劑混合到熔融聚合物中，并且固體添加劑的熔點(diǎn)高于混合溫度。聚合物加工中的填充改性(添加固體填料)與此混合相同，混合的分類為3.2。在聚合物加工中，液體和液體的混合(混合)以及液體和固體的混合(填充)是最重要的混合形式。3.2混合的分類

12、、物料成分是否混合均勻、質(zhì)量是否達(dá)到預(yù)期要求、生產(chǎn)中混合終點(diǎn)的控制、混合狀態(tài)的判斷、直接描述和間接描述，為了判斷混合系統(tǒng)中各級子單元的均勻分布程度，必須采用適當(dāng)?shù)臋z驗(yàn)尺度(對比尺度)。因此，應(yīng)考慮樣本的相對大小。3.3 .這種方法是直接對混合物取樣，檢查其混合狀態(tài)，并觀察混合物的形狀和結(jié)構(gòu)，每種成分的顆粒大小和分布。所用的檢測和分析方法可以是目測法、聚類計(jì)數(shù)法、光學(xué)顯微鏡法、電子顯微鏡法和光電法。3.3混合特性、3.3混合特性和液體材料：分析混合物不同部分的組成。如果不同部分的組成與整個(gè)材料的平均組成一致，或者差異很小，則表明混合效果良好；相反，它很窮。固體物料：應(yīng)從物料的分散程度和混合物的均

13、勻程度兩個(gè)方面進(jìn)行考察。為了測量混合效果，必須考慮物體的均勻性和分散性、測量混合效果的指數(shù)、混合物均勻性成分的顆粒尺寸、3.3混合的表征，其指的是混合材料的比例和理論總比例之間的差異，以及3.3混合的表征，其應(yīng)該從不同部分取樣和分析以計(jì)算統(tǒng)計(jì)平均結(jié)果。平均結(jié)果越接近理論或總比率，混合均勻性越好。在生產(chǎn)實(shí)踐中，混煉、捏合和剪切的操作時(shí)間很短，給分析和測定帶來一定的困難，而且大多是基于實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)和目測。是指混合后混合系統(tǒng)中與組分混合的顆粒的破碎程度。破碎程度高，粒徑小，分散程度高；相反，如果粒徑大且破碎度小，分散性不好。3.3，用同一組分的相鄰顆粒之間的平均距離來描述。距離越短，分散程度越好。相

14、同組分的相鄰顆粒之間的距離與每個(gè)組分顆粒的尺寸有關(guān)。顆粒尺寸越小，或者在混合過程中顆粒尺寸越小，可以獲得更高的均勻性。從概率的概念出發(fā)，具有相同質(zhì)量或體積的樣品的顆粒越小，具有相同質(zhì)量的同類顆粒越不可能集中在局部位置，即微觀分布越均勻。3.3混合表征，3.3混合表征，3.3混合表征，分散程度越好，分散顆粒的體積(v)越小，分散顆粒的表面積(s)越大，并且分散顆粒的體積和表面積之間的關(guān)系如下：r=3v/s因此，r越小，分散程度越好?；旌蠣顟B(tài)的間接測定是指檢測產(chǎn)品或樣品的物理性質(zhì)、機(jī)械性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)來判斷混合狀態(tài)，而不檢查混合物中每種組分的混合狀態(tài)，因?yàn)檫@些性質(zhì)通常與混合狀態(tài)有關(guān)。3.3 .聚合物共混物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度與兩種聚合物組分在分子水平上的混合均勻性直接相關(guān)。如果聚合物在分子水平和均相體系中完全均勻混合，則只有一個(gè)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，該玻璃化轉(zhuǎn)變溫度值由兩種組分的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和共混物中每種組分的體積分?jǐn)?shù)決定